吸附法凈化有機(jī)廢氣模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理是環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)問題，目前，普遍采用活性炭吸附法凈化有機(jī)廢氣。本文在分析了有機(jī)廢氣處理技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，著重對吸附和變壓吸附方法處理有機(jī)廢氣的理論和實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行了研究。研究內(nèi)容可分為4部分：活性炭吸附性能模擬研究、固定床吸附及吹掃過程模擬研究、變壓吸附的吸附過程模擬研究、變壓吸附凈化有機(jī)廢氣實(shí)驗(yàn)研究。 本文采用用微孔填充理論研究了活性炭C40/4對丙酮、甲苯、二氯甲烷有機(jī)氣體的吸附性能，測試了該活性炭對3種有

2、機(jī)氣體在不同溫度下(288.15, 293 .15，298.15Ｋ)的吸附結(jié)果。用D-R方程處理了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了3種有機(jī)氣體在活性炭C40/4上的等溫吸附模型，并將實(shí)驗(yàn)測試值與理論預(yù)測值進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：微孔填充理論及D-R方程可很好地描述活性炭C40/4對有機(jī)氣體的吸附性能；理論預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)測試值的平均相對誤差小于3％。有機(jī)氣體分壓較高時，由于發(fā)生毛細(xì)凝聚，理論預(yù)測值較實(shí)驗(yàn)測試值偏低。 通過較少的吸附等溫線數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測其

3、它溫度范圍內(nèi)的等溫線是很有實(shí)際意義的。利用298.15K和288.15K條件下丙酮，甲苯，二氯甲烷在活性碳C40/4上的吸附等溫線，根據(jù)Clausius-lapeyron公式計算了等量吸附熱，利用等量吸附熱預(yù)測了293.15K條件下有機(jī)氣體在活性碳C40/4上吸附等溫線，預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。同時，利用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)計算等量吸附熱預(yù)測了丙酮的吸附等溫線數(shù)據(jù)，用吸附熱預(yù)測的等溫線與文獻(xiàn)值同樣吻合。用吸附熱預(yù)測不同溫度的等溫線僅需兩溫度下的吸附

4、等溫線數(shù)據(jù)，這為獲得有機(jī)氣體在活性炭上吸附的吸附數(shù)據(jù)提供了一條新的途徑。 采用數(shù)學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了固定床吸附及常壓吹掃過程床層中濃度的分布規(guī)律。在常溫下，以活性炭C40/4為吸附劑對丙酮廢氣進(jìn)行常壓吸附和脫附實(shí)驗(yàn)，測定了固定床吸附器的穿透及吹掃脫附曲線。建立了物質(zhì)守恒，吸附平衡以及LDF數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用差分方法借助FORTRAN語言編程對模型進(jìn)行了數(shù)值解。通過模型與實(shí)驗(yàn)的比較得到了該體系的總傳質(zhì)系數(shù)，利用數(shù)學(xué)模型考察了

5、吸附及常壓吹掃過程固定床內(nèi)濃度分布的動態(tài)行為以及濃度，溫度，空塔速度等參數(shù)對床層濃度分布的影響。結(jié)果表明：固定床吸附過程中，進(jìn)氣濃度越高，溫度越高，空塔速度越大，吸附柱就越快被穿透，采用建立的模型可以預(yù)測吸附柱的穿透，具有很高的應(yīng)用價值；常壓吹掃過程后期，傳質(zhì)區(qū)中丙酮的氣相濃度大致呈直線分布；增大脫附時的空塔速度對于處于活性炭吸附中心與活性炭結(jié)合緊密的丙酮的脫附效果不明顯。 在常溫下，以活性炭C40/4為吸附劑采用兩床四步驟變壓

6、吸附過程對丙酮廢氣進(jìn)行凈化和回收，待變壓吸附過程穩(wěn)定以后測定了吸附柱內(nèi)氣相濃度分布。建立了物質(zhì)守恒，吸附平衡以及LDF數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用差分方法借助化學(xué)工程商業(yè)軟件ATHENA VIUAL WORKBENCH對模型進(jìn)行了數(shù)值解，數(shù)值計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地相吻合。利用該模型考察了吸附柱內(nèi)濃度分布的動態(tài)行為以及軸向擴(kuò)散系數(shù)，傳質(zhì)系數(shù)，溫度，空塔氣速等參數(shù)對濃度分布的影響，結(jié)果表明：在研究所采用的條件下，變壓吸附的吸附過程中該體系有效擴(kuò)散系數(shù)由

7、分子自由擴(kuò)散和微孔中分子knudsen擴(kuò)散所組成，約為3.6×10－4s-1；軸向擴(kuò)散對PSA常壓吸附過程的濃度分布影響較??；較小的溫度變化對濃度分布曲線的形狀基本無影響，只會使?jié)舛确植记€左右移動。 以活性炭CAN-230為吸附劑，采用兩塔、四步驟變壓吸附過程對甲苯、二甲苯混合氣體進(jìn)行了處理，考察了脫附壓力，濕度等因素對處理效果的影響，甲苯、二甲苯之間的相互影響以及裝填吸附劑的飽和程度對處理效率的影響。結(jié)果表明：采用常壓吸附，